混合物和多孔材料的电阻率- 学习的日志- 网易博客

混合物和多孔材料的电阻率

2010-05-06 16:25:38 阅读8 评论0 字号:

     (如何分析异质混合物的电阻率?混合物与固溶体合金的性能有何不同?)

 

对于Ni-Cr、Cu-Ni之类的单相合金的电导率,可以采用Nordheim定则来分析。但是对于多相的混合物或者具有许多孔洞的导电材料,则需要另行考虑。

(1)多相混合物的电阻率:

这里有三种典型的情况:

①对于层状结构的两相(a相和β相)导电材料,若垂直导电,则总的导电情况即相当于有许多平行的导电通道,而每一个导电通道上又存在许多电阻率不同的区域,则整个层状结构的有效电阻率ρ可以表示为:

ρ = χaρa + χβρβ

式中的χa和χβ分别为a相和β相的体积分数,ρa和ρβ分别为a相和β相的电阻率。这是混合物的所谓电阻率串联法则

例如,由a相和β相随机混和而成的合金,这也可看成是由许多平行的导电细丝组成,而每一根细丝又可看成是由许多a相和β相串联构成,因此这时就可以采用电阻率串联法则来分析。如果a相和β相的密度接近,则可用质量分数来代替串联法则中的体积分数χa和χβ;但是如果a相和β相的电阻率相差很大时,则此电阻率串联法即不再适用。

对于平行导电的情况,这时就相当于存在许多平行的导电通道,而每一个导电通道即是一个相,并具有一定的电导率(令a相和β相的电导分别为率sa和sβ),则总的电导率可以表示为:

s = χasa + χβsβ

这是混合物的所谓电导率并联法则

对于随机的混合物,即是在导电的连续相c中存在许多颗粒状的导电分散相d,若连续相和分散相的电导率分别为sc和sd,分散相的体积分数为χ,则这种分散相混合物的总的有效电导率s满足如下的Reynolds与Hough规则

(s-sc)/(+2sc) = χ (sd-sc)/(sd+2sc)

如果混合物中的连续相是高导电性的(ρd>10ρc),例如多孔碳电极的情况,则Reynolds与Hough规则可简化为:

ρ = ρc (1+χd/2)/(1-χd)

采用金属粉末压制而成的95/5青铜(95%Cu-5%Sn)合金也是这种情况,若其中的气孔率为15%(体积分数),Cu的电阻率ρc=1×10-7Ω-m,则可以由此规则计算出95/5青铜的电阻率为ρ =1.27×10-7Ω-m。

相反,如果混合物中的分散相是高导电性的(ρd<0.1ρc),例如含有Ag颗粒的石墨浆料,则Reynolds与Hough规则可简化为:

ρ = ρc  (1-χd)/(1+χd/2)

可见,在混合物中加入高导电分散相,将提高混合物的电导率;而加入高电阻的分散相,将提高混合物的电阻率(多孔碳电极的电阻率可比石墨的电阻率高出50%~{bfb})。

总之,为了计算出混合物的电阻率,需要事先了解材料的显微结构以及构成物的特性,然后再根据适当的法则来进行处理即可。

(2)混合物合金与固溶体合金的比较:

合金成分的改变,在引起其电阻率变化的性能上,混合物与固溶体xx不同。

在固溶体合金中加入另一种组分,可以改善合金的机械强度,但是电导率往往会受到影响;因此,对于这种合金就必须在机械强度与电阻率之间进行折中考虑。例如,在金属Ag中加入Pd原子而形成的Ag-Pd合金,提高了机械强度,但由于它的电阻率主要决定于随机分布的Pd原子对电子的散射,因此Ag-Pd合金的电阻率要高于纯Ag。

对于混合物合金,可以通过引入第二相来增强机械强度,而第二相往往不会影响到电导率。例如家电中常用的接触点材料——Ag-Ni合金,其机械强度几乎与Ag-Pd合金一样大,但它的电导率则与纯Ag的差不多。

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